La différence entre les aciers au carbone faible, moyen et élevé

Acier au carbone peut être divisé en trois types principaux selon son taux de carbone : acier à faible teneur en carbone, acier à teneur en carbone moyenne et acier à haute teneur en carbone. En raison des différences de teneur en carbone, chaque type d'acier au carbone présente également des différences significatives dans sa structure organisationnelle, ses propriétés mécaniques, ses technologies de traitement, etc. Cependant, il est crucial pour nous de choisir le bon matériau en comprenant les différences entre l'acier à faible teneur en carbone, l'acier à teneur en carbone moyenne et l'acier à haute teneur en carbone.

Qu'est-ce que l'acier au carbone ?

L'acier au carbone, également appelé acier carboné, est un matériau en acier dont le fer est l'élément principal, contenant une certaine quantité de carbone (généralement moins de 2,11 %), mais sans ajout d'une grande quantité d'autres éléments alliages. L'acier au carbone est le type de matériau en acier le plus basique et courant. Selon le contenu en carbone, l'acier au carbone peut être divisé en acier à faible teneur en carbone, acier à teneur moyenne en carbone et acier à haute teneur en carbone. Plus la teneur en carbone est élevée, plus la résistance et la dureté de l'acier sont grandes, mais l'élasticité et la ductilité diminuent en conséquence. Plus la teneur en carbone est faible, meilleure est la ductilité et les performances de soudage de l'acier.

Classification de l'acier au carbone :

La classification de l'acier au carbone repose principalement sur sa teneur en carbone. Selon des normes internationales et nationales couramment utilisées, l'acier au carbone est classé comme suit :

• Acier à faible teneur en carbone : la teneur en carbone est généralement comprise entre 0,04 % et 0,25 % ;
• Acier à teneur moyenne en carbone : la teneur en carbone est comprise entre 0,25 % et 0,60 % ;
• Acier au carbone élevé : la teneur en carbone est comprise entre 0,60 % et 1,00 %.

Bien que la classification se fasse principalement en fonction de la teneur en carbone, dans des applications spécifiques, la teneur en autres éléments (comme le manganèse, le silicium, le soufre, le phosphore, etc.) ainsi que l'utilisation et les propriétés mécaniques de l'acier sont également prises en compte.

Quelle est la différence entre l'acier au faible carbone, l'acier au carbone moyen et l'acier au carbone élevé ?

Leurs différences se reflètent principalement dans les 5 aspects suivants, comme indiqué ci-dessous :

1. Composition chimique :

La différence la plus directe entre l'acier au faible carbone, l'acier au carbone moyen et l'acier au carbone élevé réside dans leur composition chimique. À mesure que la teneur en carbone augmente progressivement, la dureté et la résistance de l'acier augmentent, mais leur ductilité et leur soudabilité diminuent.

• Acier au carbone faible : En plus d'une teneur en carbone faible, il contient souvent une petite quantité de silicium (0,17~0,37 %), de manganèse (0,35~0,65 %), etc., afin d'améliorer sa résistance et sa facilité de travail. En raison de sa faible teneur en carbone, il présente une bonne plasticité, une bonne tenacité et des propriétés de soudabilité.
• Acier au carbone moyen : La teneur en carbone est généralement comprise entre 0,25 % et 0,60 %, et il contient également des éléments de renforcement comme le manganèse (0,50 %~1,65 %). Ses propriétés mécaniques sont relativement bonnes et conviennent aux traitements thermiques. Comparé à l'acier au carbone faible, il offre une meilleure résistance et dureté, mais sa tenacité est réduite.
• Acier au carbone élevé : La teneur en carbone est comprise entre 0,60 % et 1,00 %. En raison de sa haute teneur en carbone, sa dureté après trempe et sa résistance à l'usure sont significativement améliorées, mais ses propriétés de soudabilité et de facilité de travail sont mauvaises.

2. Propriétés mécaniques :

En termes de propriétés mécaniques, les différences entre ces trois types d'acier sont particulièrement évidentes. Les propriétés mécaniques incluent la résistance à la traction, la limite élastique, l'allongement, la tenacité au choc, la dureté, etc.

• Acier au faible carbone : La résistance à la traction est généralement entre 370~500MPa, la limite élastique est entre 200~300MPa, et l'allongement peut atteindre plus de 25 %. Ses caractéristiques remarquables sont une bonne tenacité et une forte ductilité, et il est adapté aux procédés de frappe, de tirage et autres.
• Acier au carbone moyen : Après trempe et revenu, la résistance à la traction peut atteindre 600~800MPa, la limite élastique est entre 400~600MPa, et l'allongement est entre 15 %~20 %. Il présente de bonnes propriétés mécaniques globales et est particulièrement adapté à la fabrication de pièces structurelles.
• Acier au carbone élevé : La résistance à la traction peut atteindre plus de 900~1300 MPa, mais l'allongement est généralement inférieur à 10 % et la tenacité à l'impact est mauvaise. Après trempe et revenu, il peut obtenir une dureté extrêmement élevée, ce qui en fait un matériau idéal pour les outils de coupe et les moules.

3. Performances du traitement thermique :

Le traitement thermique est un moyen important pour améliorer les performances de l'acier. L'acier au faible, moyen et haut carbone réagissent différemment au traitement thermique.

• Acier au faible carbone : En raison de sa faible teneur en carbone, sa dureté ne peut pas être significativement améliorée par le traitement thermique. Il utilise principalement le travail à froid et le carbonage pour augmenter la dureté de surface. Après recuit, le matériau peut être adouci pour un traitement ultérieur.
• Acier au carbone moyen : Convient pour le trempe et revenu, c'est-à-dire trempe et revenu, il contrôle l'organisation pour obtenir l'équilibre requis entre la résistance et la ductilité, et est le matériau privilégié pour fabriquer des pièces automobiles et ferroviaires.
• Acier au carbone élevé : L'effet du traitement thermique est le plus significatif. L'acier au carbone élevé peut obtenir une grande dureté par trempe et ajuster sa ductilité par revenu. Il est utilisé pour fabriquer des pièces de haute intensité et de haute résistance à l'usure, telles que les ressorts, les couteaux et les outils de mesure.

4. Soudabilité et usinabilité :

La soudabilité et l'usinabilité affectent directement le coût de fabrication et la facilité d'utilisation de l'acier.

• Acier au carbone faible : Il possède une excellente soudabilité et des propriétés de formage à froid, et peut être soudé par diverses méthodes. Il est largement utilisé dans la construction et la fabrication de machines.
• Acier au carbone moyen : il possède une soudabilité moyenne et est sujet à des fissures lors du soudage. Il nécessite généralement un préchauffage et un traitement thermique postérieur pour améliorer la qualité de soudage. Son usinabilité est également légèrement inférieure à celle de l'acier au carbone faible.
• Acier au carbone élevé : mauvaise soudabilité, sujet aux fissures de durcissement, généralement pas adapté à la soudure. Il est également enclin à se fissurer et à se fragmenter pendant l'usinage, nécessitant l'utilisation d'outils spéciaux et de méthodes de refroidissement.

5. Applications :

En raison des différences de performance, les utilisations des trois types d'acier sont également significativement différentes.

• Acier au carbone faible : principalement utilisé pour les structures de construction (comme les barres d'acier, les profils en acier), pièces mécaniques (comme les vis, écrous), carrosseries de voiture, etc.
• Acier au carbone moyen : principalement utilisé pour fabriquer des pièces structurelles porteuses, comme des engrenages, des arbres, des bielles, des bras de grue, etc.
• Acier au carbone élevé : principalement utilisé pour fabriquer des outils résistants à l'usure et de haute résistance tels que des couteaux, des outils de mesure, des ressorts, des roulements à billes, etc.

Qualités courantes :

Dans la norme chinoise GB et la norme américaine ASTM, les aciers avec différents taux de carbone ont leurs représentants typiques :

• Acier à faible teneur en carbone : Q235 (Chine), A36: les produits (États-Unis), SS400 (Japon)
• Acier au carbone moyen : acier 45# (Chine), acier 1045 (États-Unis), S45C (Japon)
• Acier au carbone élevé : Acier T8, T10 (Chine), acier 1095 (États-Unis), SK85 (Japon)

Résistance à la corrosion et traitement de surface :

L'acier au carbone ne possède pas une bonne résistance à la corrosion par lui-même, il a donc généralement besoin d'un traitement de surface lorsqu'il est utilisé.

• Acier au carbone faible : Les procédés de galvanisation par immersion à chaud, électrogalvanisation, pulvérisation plastique et autres sont souvent utilisés pour améliorer la résistance à la corrosion, et sont largement utilisés dans des environnements extérieurs ou humides.
• Acier au carbone moyen et acier au carbone élevé : en raison de leur grande résistance, ils sont souvent utilisés dans les équipements industriels, avec un accent mis sur les joints d'étanchéité à l'huile, les revêtements anti-rouille ou les traitements par phosphatation, plutôt que dans des environnements d'exposition quotidienne.

Il convient de noter que les aciers à haute teneur en carbone sont plus sujets à l'oxydation, en particulier pendant le soudage et le traitement thermique. Par conséquent, l'acier au carbone élevé est généralement recouvert d'une couche protectrice ou traité thermiquement avant et après utilisation pour éviter la corrosion.

Conclusion :

Bien que l'acier au carbone faible, moyen et élevé appartiennent à la série des aciers au carbone, en raison de leur teneur en carbone différente, les trois présentent des caractéristiques distinctes en termes de propriétés mécaniques, de facilité de travail, de soudabilité, de caractéristiques de traitement thermique et de domaines d'application. Le choix et l'utilisation raisonnés de ces trois types d'acier sont d'une grande importance pour améliorer la qualité des produits d'ingénierie, contrôler les coûts de fabrication et prolonger la durée de vie.

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